专利名称：基于火车振动能量回收的手机充电用发电装置的制作方法
技术领域：
本发明属于新能源和发电技术领域，具体涉及一种回收振动能量的微小型发电机，用于手机等便携式微功率电子产品实时充电。
背景技术：
手机已成为现代生活不可或缺的便携式通讯工具，人们在享受手机所带来通讯便利的同时，通常也还需面对电池能量耗尽所带来的无奈，尤其是在长途旅行的火车上。虽然现代的火车车厢都备有220V的电源插座，但为了行车安全、避免用电不当引发火灾，这些电源插座实际中并不供电。因此，长途旅客经常受会面临手机无电的困扰，而便携式微小型发电装置可有效解决这一问题。目前，基于电磁、静电、热电、电容、压电、太阳能等原理的微小型发电装置的研究已经成为国内外的前沿热点，各类微型发电装置都有其自身的优势和适用领域，压电发电机的优势在于结构简单、易于制作和实现结构上的微小化与集成化等， 故适用范围更广，现已逐步用于传感器、健康监测及无线发射系统等领域。压电发电装置主要是用于振动能量回收进行发电，目前国内外均有较多这方面的专利申请。早期的压电发电装置多为单体的悬臂梁和圆形压电振子，为增加发电装置有效频带宽度、或实现不同振动方向的能量收集，现已出现了多个压电振子构成的发电装置， 如中国专利200810106046. 6提出一种不同长度悬臂梁压电振子构成的宽频带压电发电机，中国发明专利201010601354. 3提出一种多个悬臂梁压电振子构成的蒲公英式发电机， 可实现“纵向振动和一个水平方向的振动能量回收”，等等。但由于弯曲型压电振子可发生变形方向的单一性，上述采用多个压电振子组合的方法也仅能实现一个或两个方向的振动能量回收，振动环境的适应性较差，严重地制约了压电发电技术的推广应用。众所周知，火车行进中其车厢受到多种振源激励，如铁轨衔接引起的纵向振动、速度变化引起的前后振动、弯道引起的侧向摆动等等，且上述振源存在相互作用的耦合效应， 因此火车车厢振动具有时变的多方向性，利用现有单一自由度或两个自由度的振动发电装置不能有效地回收能量。
发明内容
本发明提供一种基于火车振动能量回收的手机充电用发电装置，以解决现有振动式压电发电装置自由度单一、振动方向适应性差等弊端，可用于长途旅行中手机充电。本发明采取的技术方案是上盖、壳体及底座间通过螺钉连接，在所述上盖和壳体之间装夹有压电振子一，在所述壳体和底座之间装夹有压电振子二，在所述的上盖上装有球销套，所述球销套内装有球销，球销上安装有螺杆，螺杆上依次套装有弹簧一、惯性块和弹簧二，所述惯性块上安装有环形磁铁，所述压电振子由金属基板与压电晶片粘接而成，压电振子的自由端安装有磁铁，所述压电振子端部的磁铁与惯性块上的环形磁铁的同性磁极靠近安装，所述压电振子的金属基板和压电晶片通过导线与控制电路相连接。在本发明中，球销可在球销套内作任意方向的摆动、惯性块带动环形磁铁可沿螺杆滑动。在自然状态下，惯性块在弹簧力以及磁铁之间排斥力的作用下处于平衡位置，压电振子端部的磁铁和惯性块上的环形磁铁之间处于相对静止状态；当发电装置受外界任一方向振动时，惯性块及惯性块上的磁铁的位置发生变化，致使压电振子上的磁铁与惯性块上的磁铁之间的的距离及排斥力发生变化，从而使压电振子受力状态发生变化、并产生弯曲变形，将机械能转换成电能。本发明的优势在于利用球销带动可滑动磁铁的方法激励悬臂梁压电振子，可实现任意方向、低频及大振幅的振动能量回收。
图I是本发明一个较佳实施例中发电装置处于自然静止状态下的结构剖面示意图2是图I的A-A剂面不意图3是本发明一个较佳实施例中金属基板的结构示意图4是本发明一个较佳实施例中发电装置上下振动时的结构剖面示意图5是本发明一个较佳实施例中发电装置水平方向振动时的结构剖面示意图。
具体实施例方式如图I、图2、图3所示，上盖I、壳体8及底座14间通过螺钉连接，在所述上盖I和壳体8之间装夹有压电振子一 7，在所述壳体8和底座14之间装夹有压电振子二 9 ;在所述的上盖I上装有球销套2，所述球销套2内装有球销3，球销3上安装有螺杆4，螺杆4上依次装有弹簧一 5、惯性块12和弹簧二 11 ;所述惯性块12上安装有环形磁铁13 ;所述压电振子一 7由金属基板7-1上的悬臂梁7-1-1与压电晶片7-2及晶片7-3粘接而成，所述压电晶片7-2与压电晶片7-3通过导线15连接；所述压电振子9由金属基板9-1上的悬臂梁 9-1-1与压电晶片9-2及晶片9-3粘接而成，所述压电晶片9-2与压电晶片9_3通过导线 16连接；所述压电振子一 7的自由端安装有磁铁一 6，压电振子二 9的自由端安装有磁铁二 10，所述磁铁一 6、磁铁二 10与环形磁铁13的同性磁极靠近安装；所述压电振子一 7和压电振子二 9分别通过导线组17和导线组18与能量转换与控制电路19相连接；该能量转换与控制电路19为目前现有技术。在本发明中，球销3可在球销套2内作任意方向的摆动、惯性块12和环形磁铁13 可沿螺杆4滑动。在自然状态下，惯性块12、弹簧二 11、以及磁铁之间排斥力的作用下处于平衡位置，磁铁一 6、磁铁二 10及环形磁铁13之间处于相对静止状态；当发电装置受外界任一方向振动时，惯性块12及环形磁铁13的位置发生变化，环形磁铁13与磁铁6 —及磁铁二 10之间的距离及排斥力发生变化，从而使压电振子受力状态发生变化、并产生弯曲变形，将机械能转换成电能；所生成的电能经控制电路19的转换处理后即可用于收集充电。如图4所示，发电装置作单纯的上下往复振动时，压电振子一 7和压电振子二 9因受自由端磁铁一 6和磁铁二 10的惯性力作用而上下振动；与此同时，惯性块12及环形磁铁 13也沿螺杆4上下滑动，弹簧一 5压缩、弹簧二 11伸长，致使环形磁铁13与磁铁一 6和磁铁二 10之间距离及相互排斥力发生变化，进而加剧压电振子的振动幅度。如图5所示，发电装置作任意水平方向的往复振动时，惯性块12、环形磁铁13将通过螺杆4带动球销3转动，从而使惯性块12上的环形磁铁13与压电振子端部磁铁之间的距离及相互排斥力发生变化在图5中，环形磁铁13与磁铁一 6及磁铁二 In之间的距离减小、排斥力增加，致使压电振子一 7向上弯曲、压电振子二向下弯曲；同
时，环形磁铁13与磁铁一6'及磁铁二 10之间的距离增加、排斥力减小，压电振子一和压电振子二 9在其自身弹性力的作用下分别向下和向上弯曲。
权利要求
1. 一种基于火车振动能量回收的手机充电用发电装置，其特征在于上盖、壳体及底座间通过螺钉连接，在所述上盖和壳体之间装夹有压电振子一，在所述壳体和底座之间装夹有压电振子二，在所述的上盖上装有球销套，所述球销套内装有球销，球销上安装有螺杆，螺杆上依次套装有弹簧一、惯性块和弹簧二，所述惯性块上安装有环形磁铁，所述压电振子由金属基板与压电晶片粘接而成，压电振子的自由端安装有磁铁，所述压电振子端部的磁铁与惯性块上的环形磁铁的同性磁极靠近安装，所述压电振子的金属基板和压电晶片通过导线与控制电路相连接。
全文摘要
本发明涉及一种基于火车振动能量回收的手机充电用发电装置，属于新能源和发电技术领域。上盖、壳体及底座间通过螺钉连接，在所述上盖和壳体之间装夹有压电振子一，在所述壳体和底座之间装夹有压电振子二，在所述的上盖上装有球销套，所述球销套内装有球销，球销上安装有螺杆，螺杆上依次套装有弹簧一、惯性块和弹簧二，所述惯性块上安装有环形磁铁，压电振子的自由端安装有磁铁，所述压电振子端部的磁铁与惯性块上的环形磁铁的同性磁极靠近安装。优点在于可实现任意方向、低频及大振幅的振动能量回收。
文档编号H02N2/18GK102594204SQ20121008828
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者曾平, 李熹平, 王淑云, 程光明, 阚君武 申请人:浙江师范大学